Comisión Nacional del Agua, marzo 2012

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ANEXO TECNICO


TABLA 1. REQUERIMIENTOS MÍNIMOS PARA GESTIONAR LA CONSTRUCCIÓN DE BORDOS 1 DE ALMACENAMIENTO MENORES DE 250000 METROS CUBICOS

EN CAUCES Y ZONAS FEDERALES PARA EL APROVECHAMIENTO DE AGUAS NACIONALES 2, 3

Altura de cortina

[m]

Población en riesgo dentro de la longitud de peligro

por rompimiento 4

Tr (años) de la avenida de la obra

de excedencias 5

Estudios hidrológicos e

hidráulicos 6

del

funcionamiento de vaso 7

y avenida de diseño

Estudios geológico-geotécnicos Jurídico-Administrativos

Me

no

r d

e 3

Sin población

Longitud de obra de excedencia 30% mínimo de la longitud de la cortina

No se requiere

En bordos de terracería, formar la cortina impermeable, con suelos compactados tipo CL, CH,

o MH como se indica en la figura 2, pero no con

suelos difíciles 8 como los dispersivos o expansivos,

ni los clasificados por el SUCS como: GW, GP, SW,

SP, OH, OL ni Pt. En el caso de suelos GM, GC,

SM, SC, ML, GW-GC y SW-SC, sólo se admiten bordos con taludes 3H:1V protegidos con filtro, según el criterio de Sherard o Terzaghi, figura 3. Evitar el desplante de terracerías en suelos blandos, dispersivos, expansivos o aluviones; sino de preferencia en depósitos de suelo arcilloso, limoso o con porcentaje de finos mayor de 15%, o en roca sana, figura 4. Las cortinas de gravedad deben ser cimentadas en roca sana, figuras 5a y 5b. El desplante en formaciones de roca: lutitas, limolitas, areniscas, tobas, y Karst requiere estudios y tratamientos geotécnicos especiales. De no cumplirse todas las condiciones anteriores, se

debe demostrar la estabilidad 9

de bordos y cortinas

con estudios y tratamientos geotécnicos detallados.

1.- Solicitud de concesión de aguas nacionales 2.- Entregar descripción de la obra (Localización, coordenadas, geometría en planta, secciones y perfiles de cortina y vertedor) 3.- Solicitud de concesión de terrenos federales

Con población

500

Aplicar método Racional

3 y

me

no

r d

e 1

5

Sin población

La que resulte mayor de aplicar los métodos: Hidrograma Unitario Triangular (HUT) y Ven Te Chow, Presentar dimensionamiento del bordo, diseño hidráulico de la obra de excedencias y la curva elevaciones-capacidades.

1.- Solicitud de concesión de aguas nacionales 2.- Solicitud de permiso de construcción con expediente técnico y legal debidamente integrado, incluye estudios mencionados 3.- Solicitud de concesión de terrenos federales

Con población

10,000

Además de lo considerado para cortinas menores de 3 m, incluir descripción geológica y geotécnica del

sitio y estudios de estabilidad 9 estática y sísmica de

la cortina para descartar mecanismos de falla por: deslizamiento de taludes, fuerzas de filtración,

erosión interna y vaciado rápido, hundimientos

diferenciales y pérdida de bordo libre,

agrietamientos y, en su caso, deslizamiento y

volcamiento y erosión regresiva al pie de cortinas de

gravedad.


Notas: 1

Bordo. Obra que consiste de una cortina (de terracerías, mampostería, concreto), embalse,

vertedor y estructura de toma y diques en su caso, que almacena menos de 250000 metros cúbicos de escurrimientos naturales de un cauce medidos al nivel de aguas máximas ordinarias (NAMO) y que modifica su régimen hidrológico-hidráulico. Lo bordos se dimensionan conforme a la clasificación de la figura 1, y los almacenamientos igual o mayor de 250000 m3 se consideran presas conforme a lo establecido en el Diario Oficial de la Federación del 27 de mayo de 2010. 2

El cumplimiento de los requerimientos mínimos de la tabla 1, no implica la autorización de la

obra, ya que se debe verificar si existe disponibilidad de agua y que no existan vedas o reglamentos que limiten o impidan su uso, explotación o aprovechamiento.

3 En caso de bordos fuera de cauce y zona federal, los mismos deberán alejarse como mínimo la distancia que se indica en la figura 6.

4 La longitud de peligro por rompimiento de la cortina se determina con los nomogramas anexos.

Si la población se localiza mas allá de la longitud de peligro por rompimiento puede considerarse sin población. 5 Los vertedores y obras de excedencias deben estar excavados en roca sana o protegidos con mampostería o revestimiento de concreto si son excavados en suelo (Figura 7a y 7b). Para reducir los riesgos o evitar erosiones regresivas, la descarga del vertedor debe estar alejada del pie de la cortina y orientada tangente al extradós del cauce o ángulos de incidencia menores de 30° (Figura 8). En el caso de cortinas de gravedad los vertedores deben ser perfilados sobre la cortina y disponer de una cubeta deflectora para alejar el chorro de descarga (Figura 5a y 5b).

6 Los métodos propuestos no son limitativos, pueden aplicarse otros más complejos

7 Lo(s) conducto(s) de obra(s) de toma no deben ser alojados en el cuerpo del terraplén ni en el

cauce, sólo en trincheras excavadas en laderas de cimentación que posteriormente deben ser rellenas de concreto armado arropando el conducto, como se indica en las figuras 9 y 10. En el caso de cortinas de gravedad, los conductos deben alojarse en el cuerpo de la misma, como se muestra en la figura 5a.

8 Usar pruebas empíricas: de grumo para suelos dispersivos o métodos del USACE o del USBR

para suelos expansivos. En caso bordos con población en riesgo aguas abajo deberán usarse estudios mas exhaustivos. 9

Para los estudios y verificaciones de estabilidad detallados debe considerarse normas mexicanas

y la aplicación y homologación de criterios de diseño establecidos en manuales y normas del USACE y de la ASTM


Figura 1. Clasificación del tamaño de presas y bordos


Figura 2. Bordo homogéneo de suelos plásticos


Figura 3. Bordo homogéneo de suelos granulares con finos protegidos con filtros en respaldos y bermas


a) Desplante el suelo

b) Desplante en roca

Figura. 4. Desplante de bordos de terracería


Figura 5a. Sección máxima de una cortina de gravedad de concreto o

mampostería con desplante en roca sana. El desplante en formaciones de roca:

lutitas, limolitas, areniscas, tobas y Karst, requiere estudios y tratamientos geotécnicos

especiales


Figura 5b. Perfil de desplante de una cortina de gravedad de concreto o mampostería


Figura 6. Ubicación de bordos y cortinas de almacenamiento alejados de un cauce


Figura 7a. Vertedor excavado en formación de roca sana sin revestimiento. Excavaciones en roca: lutitas, limolitas,

areniscas, tobas y Karst, deben revestirse con zampeado o concreto armado

Muro de retención y encauce

(mampostería o concreto armado)


Figura 7b. Vertedor excavado en suelo, debe estar alejado del empotramiento de la cortina


Figura 8. Incorporación de las descargas del vertedor al cauce


Figura 9. Conducto de la obra de toma alojado bajo el terreno natural de desplante en ladera


Figura 10. Desplante de la obra de toma en ladera de cimentación


Para determinar la longitud de peligro se recomienda emplear el siguiente nomograma:

Para la elaboración del estudio hidrológico se considera adecuado utilizar la herramienta

elaborada por el INEGI denominada SIATL (Simulador de Flujos de Agua de Cuencas

Hidrográficas) a la cual puede accederse vía web en la siguiente liga:

http://antares.inegi.org.mx/analisis/red_hidro/SIATL/#

Estimación del Caudal pico para el diseño de presas pequeñas menores a 10 m de altura. El presente documento pretende ser de ayuda para dimensionar hidrológicamente las obras para mitigación de sequías propuestas por SAGARPA y ordenadas realizar por el decreto presidencial del 25 de enero de 2012. Con el fin de agilitar la elaboración del estudio hidrológico se considera adecuado utilizar la herramienta proporcionada por el INEGI denominada SIATL de la cual se obtendrán las características fisiográficas de las cuencas, coeficiente de escurrimiento e intensidad de lluvia asociada al tiempo de

http://antares.inegi.org.mx/analisis/red_hidro/SIATL/


concentración de la cuenca, esta última a partir de la metodología sugerida por el CENAPRED y también desplegada por el SIATL La formula racional tiene la forma siguiente:

Q p=0.278C i A

Donde: Qp gasto máximo o de pico, en m3/s. C coeficiente de escurrimiento (usualmente entre 0.5 y 0.8, ver tabla 1.3 para zonas

urbanas) i intensidad media de la lluvia para una duración igual al tiempo de concentración de

la cuenca, en mm/h A área de la cuenca, en km2 SIATL La dirección electrónica del Simulador de Flujos de Agua de Cuencas Hidrográficas (SIATL) es la siguiente: http://antares.inegi.org.mx/analisis/red_hidro/SIATL/# Determinación de las características fisiográficas con el SIATL Para la obtención de las características fisiográficas, es necesario consultar el archivo de ayuda del software SIATL, aquí solo explicaremos como utilizar los datos que arroja esta herramienta.

Figura 1.- Datos obtenidos mediante la Herramienta SIATL


Selección del coeficiente de escurrimiento Se sugiere utilizar la tabla 1.3 de la Guía Básica para la elaboración de Atlas Estatales y Municipales de Peligros y Riesgos: Fenómenos Hidrometeorológicos


Obtención de la intensidad de lluvia asociada al tiempo de concentración Lo que nos resta como dato es la obtención de la intensidad de lluvia pero asociada al tiempo de concentración y asignada a un período de retorno de 500 años. Para su obtención se deben utilizar los mapas de isoyetas con duración de 1 y 24 horas las cuales se pueden obtener en la capa de Datos Climatológicos e Hidrométricos – Lluvia Probabilística CENAPRED y seleccionar el período de retorno de 500 años. En los mapas de isoyetas antes mencionados se ubica geográficamente la cuenca del arroyo en estudio y directamente de los mapas, se lee la altura de precipitación correspondiente


Primeramente, con los logaritmos de la duración de una hora y de 24 horas (tabla 1.6) y la lámina de lluvia leída de los mapas de isoyetas y con ayuda de la ecuación general de la línea recta (figura 1.16), se obtiene el valor de la lámina de lluvia para una duración igual al tiempo de concentración.

Tabla 1.6 Logaritmo de la duración vs precipitación

Duración (h)

Ln(d) Hp (mm)

1 0 -

24 3.1780 -

Para obtener la intensidad de la precipitación para una duración igual al tiempo de concentración (tc), se realiza una interpolación, según el valor del tiempo de concentración, entre los valores de la lámina de lluvia para d = 24 horas y d = 1 hora, para cada uno de los periodos de retorno considerados. Primeramente, con los logaritmos de la duración de una hora y de 24 horas (tabla 1.6) y la lámina de lluvia leída de los mapas de isoyetas y con ayuda de la ecuación general de la línea recta (figura 1.16), se obtiene el valor de la lámina de lluvia para una duración igual al tiempo de concentración

Figura 1.16 Fórmula y representación en el plano cartesiano de la línea Recta

Ecuación General de la Recta y = mx+b Pendiente de la Recta: m=(y2-y1)/(x2-x1) Al realizar un cambio de variables en la ecuación general de la línea recta, se obtiene la ecuación siguiente:


)1()ln()1ln(24ln(

)1()24()( hptc

hphptchp

la cual se interpreta de la forma siguiente: La lámina de lluvia para una duración igual al tiempo de concentración es igual a la diferencia de las láminas de lluvia de una duración de 24 horas y la de duración de una hora, dividida entre el logaritmo natural de 24 (horas); multiplicado por el logaritmo natural del tiempo de concentración, más la lámina de lluvia para una duración de una hora. Finalmente, para obtener la intensidad de la precipitación para una duración igual al tiempo de concentración (tc), se divide la lámina de lluvia antes mencionada entre el valor del tiempo de concentración

tc

tchpi

)(

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